小林研介准教授、小野輝男教授、関口康爾特定助教、元大学院生の山内祥晃さん、中村秀司さん、大学院生の知田健作さん、荒川智紀さん（以上、京都大学化学研究所）と、藤井達也助教、阪野塁博士（東京大学）からなる研究グループは、半導体基板上に作製された人工原子を用いて近藤効果を人工的に制御し、高精度の電流揺らぎ測定によって、近藤状態による電子散乱過程を調べました。その結果、近藤状態が発達するにつれ、人工原子に一つの電子が打ち込まれると複数の電子が散乱されるという二粒子散乱過程が増大していく現象の観測に世界で初めて成功しました。

　通常、金属の抵抗値は、温度を下げていくとともに減少していきます。しかし、1930年代頃から、微量の磁性不純物が金属内に存在するだけで、低温になると逆に抵抗が上昇するという奇妙な現象が起きることが知られていました。1964年、日本の近藤淳博士が、この現象が電子のスピンが関わる多体効果によることを明らかにしました。今日では「近藤効果（Kondo effect）」と呼ばれるこの現象は、電子のスピンが主要な役割を果たす最も典型的な多体効果の一つであり、以後半世紀にわたって数多くの理論的・実験的研究がなされています。

　私たちは、半導体を微細加工することによって、大きさが数100nm程度の領域に数十個の電子を閉じ込めた「人工原子」を作製しました。その人工原子中に単一スピンを作り出し、近藤効果を引き起こすことに成功しました。さらに、高精度の電流揺らぎ測定を行い、近藤状態によって電子が散乱される様子を調べました。その結果、一つの電子が打ち込まれると、人工原子から複数の電子が散乱されてくるという二粒子散乱過程の検出に成功しました。これは、近藤効果によって形成された量子多体状態に特有の散乱現象です。
　このような研究は、固体素子上の人工原子に電子を衝突させることによって量子多体状態の内部構造を探るという「衝突実験」であり、近藤効果の研究に新展開をもたらすものと期待されます。

本研究は、科研費、山田科学振興財団の助成を受けて行われました。

この成果は2011年4月26日付で米国科学誌「Physical Review Letters」オンライン版に発表されました。

論文：”Evolution of the Kondo Effect in a Quantum Dot Probed by Shot Noise”,
Physical Review Letters 106, 176601 (2011)
URL:http://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevLett.106.176601